港口物流系统的调度仿真研究

来源:用户上传      作者: 刘华琼　甘淑萍　安　南

　　摘要：港口调度是港口生产组织的关键问题,调度方案的好坏直接决定了港口作业的效率； 论文对于集装箱港口物流系统的结构、控制需求等进行了分析；提出了应用AutoMod V10.0仿真软件,构建具有离散性、随机性特征的港口物流系统模型的方法。
　　关键词：物流系统；港口；生产调度；仿真
　　中图分类号：U691.3 文献标识码：A
　　
　　近年来，计算机技术、信息处理技术、自动化技术飞速发展，国内外在物流系统的自动控制方面已取得了令人瞩目的成绩。而我国港口物流系统的智能监控与调度还有待发展，这是一个复杂的系统工程问题。涉及物流信息的自动获取、传输和处理，基于物流信息的货流自动调配等多学科的理论和技术。从自动化、智能化、集成化的需求来看，理想的港口物流调度系统应能自动获取经过各物流节点的货物信息，并能对这些物流信息进行高效率地处理，根据货物的入港/出港要求，自动分配、导引港内货场设备实现货物的合理堆放和高效装卸。基于以上考虑，本文进行了相关的分析和研究，旨在为进一步构建港口物流系统的智能调度系统奠定基础。[1]
　　
　　一、系统需求分析
　　
　　集装箱港口物流系统是一个复杂的多环节的多维空间作业过程。为了保证效益，要求集装箱港口有合理的布局和各个部门有条不紊的配合。本文主要运用RFID技术采集有关集装箱货物和港口货场的数据信息。计算机主控中心根据这些数据给出相应的解决方案，如路线的选择，堆场机械的调配情况等。然后发出指令到集装箱码头各下属生产部门，如中心调度室、检查桥、码头前沿和堆场等理货部等部门，再结合其它相应的技术具体实施。
　　1系统的装卸需求
　　集装箱在港口中的运动是人力不可完成的，完成这一过程需要大型的装卸设备，如装卸桥和塔吊。为了保证效率，这些大型装卸设备的合理控制调度及为重要，一旦哪个环节信息不畅通，调配不合理，就会影响整个物流环节的效率。这就要求集装箱港口有畅通的信息流，统筹兼顾全局的调配系统，合理的平面布局以及集装箱装卸工艺。
　　2系统的运输需求
　　集装箱在港口货场的运输主要是靠集装箱卡车来实现的，为保证桥吊的工作效率，一般在码头后方配备较多数量的龙门吊和集卡，以防止在装卸船过程中出现桥吊等候集卡的现象。但在这种配置模式下，一方面对于集卡资源有一定的浪费，另一方面，当码头上集卡数量过多时，堆场上集卡运输可能发生交通堵塞。集卡运输是衔接着前沿桥吊和后方龙门吊的工作，只有令其数量和车速的安排同时适合桥吊和龙门吊的装卸，才能确保整体效率的提高。
　　3系统管理控制需求
　　系统通常被认为是一个整体，当系统从环境取得一定的输入内容后，它将按照一定的方法对输入的内容进行加工处理，然后产生一定的输出。作为一个系统，首先能够完成对从环境中获取的信息进行处理，然后将系统中的人、机、各种方法有机的结合起来，实现对运输装卸设备的实时监控和调度。
　　
　　二、系统设计
　　
　　根据系统的性能和特点的分析，可以选定系统中各个单元具体的设备。在本系统中，就采用射频识别设备作为集装箱货场的数据采集终端，因为它能够比较好的适应货场露天工作的环境，保持数据的有效性。
　　集装箱本身体积大，重量大，因此在港口中用装有GPS的集卡进行运输，用装卸桥或塔吊装卸搬运。而集卡的运输路线，装卸桥或塔吊等设备的运用都是由主控中心监控和调配的。
　　整个系统的管理、控制与计算机是分不开的。改变了过去人工管理、控制的各种不便。在港口货场中，计算机控制中心对货场集装箱的运输、搬运等进行有效的管理，并做出相应的控制决策，由下面的机械具体执行。[2]
　　系统的主要完成以下功能：信息采集，信息加工与处理（如保存、查询、统计等），指挥调度决策的运算和决策的具体执行。
　　1数据信息的采集和处理
　　针对小范围内静态和动态位置的信息采集，是通过RF系统获得。我们在集装箱上安装一种高频、有源的标签，标签平时工作模式为睡眠模式，当集装箱在移动过程中进入某个Reader区域后，Reader就能感知到附着在集装箱上Tag，从而可以根据Reader的位置来确定集装箱的位置。而静态位置中主要是获取平面坐标位置和三维坐标位置。
　　物流环节的状态信息可以很方便地写入到标签中。然后将每个货物的信息通过无线的方式送至数据管理单元，再由数据管理单元对数据进行安全性处理，包括对数据的校验和对数据的纠错的编码、解码处理。
　　2对集装箱的智能监控和调度
　　系统的决策是建立在数据采集的基础上的。射频识别设备单元把原始数据经过加工处理后，将信息传送到决策系统，同时系统的监控单元也将检测到的集装箱信息和集装箱卡车或装卸桥的运行状态、具体方位传输到决策系统。决策系统就根据这些信息，按照一定的规则进行集装箱的货位分配，在确定了具体的货位等信息后，在管理信息系统中建立起路径规划的数学模型，并根据相应的信息对这个数学模型进行求解，查找出集卡或装卸设备运行的最优化路径，将获得的结果应用到系统的决策过程中，完成智能监控和调度。
　　
　　三、仿真设计
　　
　　港口的作业是一个复杂的过程，其中往往存在一些随机因素，例如桥吊和龙门吊的提放箱时间、龙门吊和集卡的行走时间具有随机性。因此，单纯的采用解析计算方法或按照理论、经验进行设计，在实际应用当中会有一定的偏差，有必要采用计算机仿真的方法进行资源配置、修正。文中主要选用目前在物流领域广泛使用的AutoMod V10.0仿真软件，该软件具有交互式面向对象的建模环境，能够以三维图形化方式定义模型及逻辑关系，仿真结果以表格、曲线图、直方图输出的同时还可以动画方式显示在屏幕上，便于直观分析。
　　 集装箱港口在作业过程中主要有三种设备参与，即桥吊、集卡和后方堆场设备。只有这三种资源相互配合，相互协调，共同完成任务。仿真模型模拟的是集装箱港口的集装箱轮船从卸船开始到装箱完毕的整个运营过程，显示了桥吊、集卡和后方堆场设备之间的全程协作，通过对不同集卡配置数量和集卡车速的运行结果考察，找到适于流程特点的最佳策略。
　　由于集装箱港口的生产过程是多环节且并发性强的离散事件系统，不同设备发生的主要事件流程如下。
　　1桥吊
　　装船作业中的流程：从集卡上提起集装箱，将集装箱放置在船上指定箱位；
　　卸船作业中的流程：从船上某个箱位提起集装箱，对空闲集卡发出指令，集卡到达指定位置后，将集装箱放置在集卡上。
　　2堆场设备
　　装船作业中的流程：从箱区某个箱位提起集装箱，对空闲集卡发出指令，然后将集装箱放置在集卡上；
　　卸船作业中的流程：从集卡上提起集装箱，将集装箱放置在箱区的指定箱位。
　　3集卡
　　集卡作业流程：在等待区域等候指令，接收到指令后到指定装箱地点(港口前沿／堆场)处接箱，然后运输到指定卸箱地点(堆场／港口前沿)处等待放箱，完成后返回等候区域等待指令。
　　集卡在往返堆场和码头前沿间的运输过程中，对于路径选择的原则是：在通往目的地的可行路径(即不堵塞)中，优先选择最短路径。即先判断目的地，再判断前方路径是否堵塞，最后选择路径。
　　
　　四、结语
　　
　　本系统在仿真运行过程中，起到了加快信息处理和反馈，提高工作效率，减少信息出错，提高了集装箱堆存合理性和堆场利用率的效果，并可为相关部门的管理决策及时地提供了可靠的依据，提高了港口的经济效益。
　　港口将信息化管理合理的应用到港口作业一线中，成为提高港口经济效益、提高作业效率、提高企业管理质量和形象的重要方向性工作，本系统是管理信息技术与港口实践相结合的产物，适合了港口管理的需要。这在对于近一步推动港口信息化、智能化管理中发挥更大的作用具有积极的意义。
　　作者单位：刘华琼，山东交通学院交通与物流工程系；甘淑萍，安南；山东交通运输集团
　　
　　参考文献
　　[1] 真虹编.港口管理[M].北京：人民交通出版社，2005.78-85.
　　[2] 韩晓龙,丁以中.集装箱港口装卸作业仿真系统[J].系统仿真学报.2006，8：2366-2369.
　　Research on Scheduling Simulation of Harbor Logistics System
　　Liu Huaqiong1 Gan Shuping2?An Nan2
　　(1. Department of Traffic and Logistics Engineering, Shandong Jiaotong University；2.Shandong Traffic Transportation Group)
　　Abstract: Scheduling is one of the key problems of production management in harbor. It greatly affects the efficiency of harbor operation. In this study, the demand and structure of harbor logistics system was discussed, and a discrete and stochastic model was developed with the commercial simulation software of AutoMod V10.0.
　　Key words:logistics system; harbor; production scheduling; simulation

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